（中職）化工單元過程及操作第一節(jié)概述ppt教材課件匯總完整版電子教案第三章傳熱第三章傳熱Heattransfer2.1.1傳熱在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用：1）加熱或冷卻，使物料達到指定的溫度；2）通過換熱，回收利用熱量；3）保溫，以減少熱損失。

2.1概述

化工生產(chǎn)中對傳熱過程的要求經(jīng)常有以下兩種情況；一種是強化傳熱過程，如各種換熱設(shè)備中的傳熱；另一種是削弱傳熱過程，如設(shè)備和管道的保溫，以減少熱損失。為此必須掌握傳熱的共同規(guī)律。傳熱方向：高溫→低溫傳熱極限：溫度相等傳熱推動力：溫度差傳熱應(yīng)用：科研、生產(chǎn)、生活3.1.2

傳熱的基本方式

熱傳遞三種基本方式：傳導、對流和輻射。1.熱傳導（導熱）

機理：當物體內(nèi)部或兩物體間存在溫度差時，高溫物體將一部分熱量傳遞給低溫物體。（導熱不能在真空中傳播）特點：物體中的分子或質(zhì)點不發(fā)生宏觀的相對位移。例如：金屬固體—自由電子擴散運動不良導體和液體—通過振動能從一分子傳遞到另一分子。氣體—分子不規(guī)則運動。2.對流（熱對流、對流傳熱）機理：由于流體中質(zhì)點的相對位移和混合，將熱能由一處傳至另一處的傳遞熱量的方式。分為：自然對流：流體的運動是由于流體內(nèi)部各處溫度不同而引起局部的密度差異所致。強制對流：若流體的運動是由于受到外力的作用(如風機、泵或其它外界壓力等）所引起。實質(zhì)：流體質(zhì)點攜帶著熱能在不斷的流動中，把熱能給出或吸熱的過程。3.輻射輻射是一種通過電磁波傳遞能量的過程。以電磁波的形式向外界輻射能量。其熱能不依靠任何介質(zhì)而以電磁波形式在空間傳播，當被另一物體部分或全部接受后，又重新轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。特點：不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，還伴隨能量形式的轉(zhuǎn)換。本章中限研究熱量從高溫自動地向低溫部分的傳遞過程。思考：暖水瓶保溫原理？2.1.3工業(yè)上換熱方法一、混合式換熱和混合式換熱器特點：冷熱流體間的熱交換，是依靠熱流體和冷流體直接接觸和混合過程實現(xiàn)的。優(yōu)點：傳熱速度快，效率高，設(shè)備簡單。例如氣體的冷卻或水蒸氣的冷凝等，可使熱、冷流體直接混合進行熱交換。典型設(shè)備：如涼水塔、噴灑式冷卻塔、混合式冷凝器適用范圍：無價值的蒸氣冷凝，或其冷凝液不要求是純粹的物料等，允許冷熱兩流體直接接觸混合的場合。廢蒸氣冷水熱水二、間壁式換熱和間壁式換熱器特點：冷熱流體被固體壁面所隔開，換熱時兩流體互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳給冷流體。如圖所示，熱、冷流體通過間壁兩側(cè)的傳熱過程包括以下三個步驟：(1)熱流體將熱量傳至固體壁面左側(cè)(對流傳熱)。(2)熱量自壁面左側(cè)傳至壁面右側(cè)(熱傳導)。(3)熱量自壁面右側(cè)傳至冷流體(對流傳熱)。通常，將流體與固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱過程，將熱、冷流體通過壁面之間的傳熱稱為熱交換過程，簡稱傳熱過程。主要特點：冷熱兩種流體被一固體間壁所隔開，在換熱過程中，兩種流體互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳給冷流體。以達到換熱的目的。優(yōu)點：傳熱速度較快，適用范圍廣，熱量的綜合利用和回收便利。缺點：造價高，流動阻力大，動力消耗大。典型設(shè)備：列管式換熱器、套管式換熱器。適用范圍；不許直接混合的兩種流體間的熱交換。冷溶液進冷溶液出熱溶液進熱溶液出套管式換熱器

12336654457單程列管式換熱器雙程列管式換熱器列管式換熱器換熱器的外形換熱器的管束返回三、蓄熱式換熱和蓄熱器特點：冷熱兩流體間的熱量交換是通過壁面周期性的加熱和冷卻來實現(xiàn)的。主要用于氣體間的換熱。如石油化工中的蓄熱式裂解爐。蓄熱器內(nèi)裝有固體填充物(如耐火磚等)，熱、冷流體交替地流過蓄熱器，利用固體填充物來積蓄和釋放熱量而達到換熱的目的。通常在生產(chǎn)中采用二個并聯(lián)的蓄熱器交替地使用，如圖所示。蓄熱器四、生產(chǎn)中常用的加熱和冷卻方法載熱體：使工藝物料被加熱或被冷卻的流體。（參與熱交換的兩流體）熱載熱體：起加熱作用的載熱體，在換熱過程中放出熱量。（加熱劑）冷載熱體：起冷卻作用的載熱體，在換熱過程中獲得熱量。（冷卻劑）（一）載熱體的選用原則（1）滿足工藝要求的溫度。（2）載熱體的溫度要易于調(diào)節(jié)。（3）飽和蒸汽壓低，熱穩(wěn)定性好。（4）載熱體應(yīng)具有化學穩(wěn)定性，使用過程中不會分解或變質(zhì)。（5）為了安全起見，載熱體應(yīng)無毒或毒性較小、不易燃、不易爆、腐蝕性小、安全可靠。（6）價格低廉、來源廣泛。此外，對于換熱過程中有相變的載熱體或?qū)Ｓ幂d熱體，則還有比體積、粘度、熱導率等物性參數(shù)的要求。（二）常用加熱劑和加熱方法（1）飽和水蒸氣加熱它的主要優(yōu)點是：①可以通過調(diào)節(jié)蒸汽壓力，準確地調(diào)節(jié)溫度；②蒸汽冷凝時的膜系數(shù)很大，換熱器的傳熱面積可以小一些；③蒸汽的汽化潛熱很大，且加熱均勻，在傳熱量一定時，所需蒸汽用量較小。飽和水蒸氣加熱的主要缺點是加熱溫度不高，通常不超過180℃，相應(yīng)的壓力為1003kPa。（2）礦物油加熱

優(yōu)點是：來源容易、加熱均勻、不需加壓。常壓下加熱溫度可達到225℃（超過250℃易分解）。缺點是：油的黏度大，且黏度隨使用時間增大而增大，膜系數(shù)逐漸減小。加熱效果不如水蒸氣，易著火，只能利用顯熱。如采用機油、汽缸油等。

（3）有機載熱體加熱

有機載熱體即聯(lián)苯混合物，它是26.5%的聯(lián)苯和73.5%二苯醚的混合物，俗稱導生。沸點高（258℃）。導生具有化學穩(wěn)定性，在380℃以下可長期使用不變質(zhì)（370℃可使用750～1100天）。其加熱溫度范圍很廣，用常壓液體加熱可達255℃；用飽和水蒸氣加熱可達380℃。導生的粘度比礦物油小，故傳熱效果較好。導生具有可燃性，但無爆炸危險，其毒性很輕微。主要缺點是它極易滲透軟性石棉填料，使用時所有管道連接處需用金屬墊片的可采用焊接。（4）熔鹽加熱

常用熔鹽為7%NaNO3、40%NaNO2、和53%KNO3組成的低熔點混合物。起熔點為142℃，當要求加熱溫度超過380℃時，可考慮選用這種載體。它的最高加熱溫度達530℃。但比熱容小，僅為1.3kJ/(kg·K)。（5）煙道氣加熱加熱溫度超過500℃時，大多采用煙道氣，溫度可高達1000℃或更高。使用煙道氣加熱應(yīng)防止局部過熱，當用氣體或液體燃料時，可采用自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)和控制溫度。

（6）電加熱使用電加熱可達較高溫度，而且清潔、方便、易于控制。化工生產(chǎn)中常用電阻加熱和電感加熱。①電阻加熱將電阻絲繞在被加熱的設(shè)備上，通電后能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，即達到加熱目的。其最高加熱溫度可達1100℃，但在防火防爆的環(huán)境中使用很不安全。②電感加熱當電流通過導體時，在導體周圍產(chǎn)生磁場。若為交流電，則在導體四周產(chǎn)生的磁場為交變磁場。在這交變磁場的感應(yīng)下，金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)的交變渦電流，渦流損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽Q為電感加熱。（三）常用冷卻劑與冷卻方法（1）水水是化工生產(chǎn)中使用最廣泛的冷卻劑，用量很大，約占總耗水量的80%。水的比熱容和膜系數(shù)都比較大，能夠?qū)⒘黧w冷卻到較低的溫度，因此得到廣泛應(yīng)用。冷卻水可以是江水、河水、海水、井水或循環(huán)水等。水溫隨地區(qū)和季節(jié)而變化，所以只適用于冷卻溫度在15～30℃以上的場合。為了防止溶解在水中鹽類的析出，在換熱器傳熱表面形成水垢，一般控制冷卻水的終溫不超過40～50℃。若需要將流體冷卻到5～10℃或更低溫度時，則需要采用經(jīng)冷卻降溫的低溫水（如冷凍鹽水或冷凍劑）作冷卻劑。（2）空氣空氣是取之不竭的冷卻劑，用空氣代替水作冷卻劑可以減少污水處理的問題。在水源不足的地區(qū)，更顯出它的優(yōu)越性。空氣的溫度隨地區(qū)和季節(jié)而變化，所以只適用于冷卻溫度在30℃以上的場合。由于空氣的對流傳熱效果差，要求龐大的換熱設(shè)備。